大直徑法蘭拼焊平面度變形控制

戚建偉

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，各種產(chǎn)品、機(jī)械裝備正向著大型化、高效率、高參數(shù)的方向發(fā)展，對(duì)產(chǎn)品的可靠性要求越來(lái)越高。我公司生產(chǎn)的斗輪堆取料機(jī)、圓形料場(chǎng)堆取料機(jī)在不斷的優(yōu)化升級(jí)，堆取料能力逐漸提高。在加工制造過(guò)程中，作為主要受力部件的回轉(zhuǎn)大軸承法蘭，其制造質(zhì)量控制成為重中之重。設(shè)備結(jié)構(gòu)如圖1所示，通常設(shè)備中，法蘭尺寸如圖2、圖3所示。

大直徑法蘭通常采用焊接方法拼焊而成。在組焊過(guò)程中，常常由于焊接順序不正確，或未采取適當(dāng)?shù)姆乐棺冃蔚拇胧?，致使變形量大，后續(xù)的矯正非常困難。

圖1 設(shè)備結(jié)構(gòu)

圖2 圓形料場(chǎng)堆取料機(jī)法蘭

圖3 斗輪堆取料機(jī)法蘭

1.法蘭變形原因分析

法蘭采用的是低合金結(jié)構(gòu)鋼Q345B或Q345C，厚度60～90mm。大直徑拼焊時(shí)，由于焊接量大，容易發(fā)生較大的橫向收縮；另外再加上法蘭的直徑大，法蘭剛度差，橫 向收縮將引起較大的法蘭平面度、圓度及周長(zhǎng)的變化。

在拼焊過(guò)程中，由于法蘭的厚度較大，造成焊縫的厚度方向上分布不均勻，上面大、下面小，結(jié)果就形成了焊件的平面偏轉(zhuǎn)，兩側(cè)向上翹起一個(gè)角度。整體表現(xiàn)為法蘭平面度超差嚴(yán)重。

2.防止變形的工藝措施

（1）焊前準(zhǔn)備 清理坡口及兩側(cè)表面各50mm范圍內(nèi)的一些氧化物、油漬、水分及其他有害雜質(zhì)。

（2）焊前預(yù)熱 由于預(yù)熱不僅可以改善焊接接頭的塑性，也能夠有效地降低焊縫受熱區(qū)的最高硬度，防止出現(xiàn)馬氏體淬硬組織，避免產(chǎn)生冷裂紋，降低焊后殘余應(yīng)力，所以我們?cè)诤盖安扇☆A(yù)熱措施，通常Q345的整體溫度為100～120℃。焊前預(yù)熱可以使焊縫區(qū)金屬和四周的金屬溫度差減少，在焊后又能夠均勻的緩慢的同時(shí)冷卻收縮，達(dá)到明顯減少焊接變形的目的。

（3）焊接參數(shù)及焊接注意事項(xiàng) 法蘭一般按圓周4等分或按實(shí)際情況分成不同大小幾段拼接，采用不對(duì)稱X形坡口，CO2氣體保護(hù)焊，多層多道焊。采用“剛性固定法”控制變形，在焊縫加焊“馬蹄鐵”。坡口形式如圖4所示。

焊接參數(shù)如表1所示，焊接時(shí)，法蘭的相對(duì)焊縫兩個(gè)焊工同時(shí)焊接，先填充大坡口一測(cè)，并在焊接過(guò)程中用1m鋼板尺測(cè)量焊縫角變形量。待焊縫處開始出現(xiàn)角變形即停止焊接，并用石棉板包裹焊縫保溫。翻轉(zhuǎn)工件，用碳弧氣刨清根，焊接過(guò)程同樣用平尺測(cè)量焊縫處的角變形量。按上述步驟反復(fù)進(jìn)行，直到焊接完畢。

（4）焊后處理 焊接完畢后，采用遠(yuǎn)紅外加熱帶或加熱塊，局部加熱方法對(duì)焊道進(jìn)行去應(yīng)力處理。加熱帶或加熱塊寬度應(yīng)大于3倍的板厚，加熱部位在加熱和冷卻時(shí)需包好石棉。注意熱電耦點(diǎn)焊于構(gòu)件的中間部位側(cè)面，不得接觸加熱帶或加熱塊。焊后熱處理參數(shù)如表2所示，熱處理曲線如圖5所示。

3.結(jié)語(yǔ)

厚板法蘭拼焊在大型設(shè)備制造中較為常見，采用上述工藝方法拼接法蘭，有效減小了法蘭的角變形量，焊后法蘭平面度3～5mm，完全滿足后續(xù)加工要求。生產(chǎn)實(shí)踐證明，上述工藝不僅執(zhí)行方便，而且減少了工件翻轉(zhuǎn)次數(shù)，大大提高了工作效率。

表1 法蘭拼接參數(shù)

表2 法蘭焊后熱處理參數(shù)

圖4 坡口示意

圖5